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走马

陈粒

Lecture 55:交错级数

818 字
4 分钟
Lecture 55:交错级数

49.1 交错级数#

49.1.1 交错级数概念#

定义: #交错级数#

描述: n=1(1)n1un,un>0\sum_{n=1}^\infty(-1)^{n-1}u_n,u_n>0

解释

  • 正负交错出现的级数:
      1. u1u2+u3u4+u5u6+u_{1}-u_{2}+u_{3}-u_{4}+u_{5}-u_{6}+\cdots
      1. u1+u2u3+u4u5+u6-u_{1}+u_{2}-u_{3}+u_{4}-u_{5}+u_{6}\cdots
    • 这种级数称之为交错级数;
  • 并且 un>=0u_n >=0

注意

  • 如果项数是无穷项时,小括号不能随便加顺序也不能随便换
  • 比如:
    • 11+11+11+11+11+11+1......1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1-1+1......
    • 如果是奇数项 -> 结果为 1;
    • 如果时偶数项 -> 结果为 0;
  • 如果加括号
    • (11)+(11)+(11)+(11)+......(1-1)+(1-1)+(1-1)+(1-1)+......
    • 这样对无穷项加括号,可能会有问题,因为不清楚是奇数项还是偶数项;

49.1.2 交错级数判断方法#

定理: #莱布尼茨准则#

描述:当前有交错级数 n=1+(1)n1un\sum_{n=1}^{+\infty}\left(-1\right)^{n-1}u_{n},当: 1)unun+1u_{n}\geq u_{n+1}:单调减 2)limnun=0\lim_{n\to\infty}u_{n}=0 则可得到 n=1+(1)n1un\sum_{n=1}^{+\infty}\left(-1\right)^{n-1}u_{n} 级数收敛,S <= u1u_1,且 rnun+1|r_{n}|\leq u_{n+1}

解释

  • 注意:
    • 要求:
      • 1)unun+1u_{n}\geq u_{n+1}:单调减
      • 2)limnun=0\lim_{n\to\infty}u_{n}=0
    • 这两个要求是交错级数收敛的充分条件,也就是说这两个里面如果有一个不成立,也有可能交错级数收敛;
  • 前提:
    • 使用莱布尼茨定理之前,需要保证当前是交错级数;
    • 后一项比前一项越来越小;
    • unu_n 是往 0 逼近的;

举例:关于莱布尼茨准则是充分条件

  • n=1(1)n12n+(1)n 收敛,但 un=12n+(1)n 并不递减.\sum_{n=1}^\infty\frac{(-1)^{n-1}}{2^{n+(-1)^n}}\text{ 收敛,但 }u_n=\frac1{2^{n+(-1)^n}}\text{ 并不递减}.

49.2 任意项级数#

49.2.1 任意项级数概念#

任意项级数概念

  • 特点:
    • 有正项、有负项;
    • 并且正项、负项都得是无限项;
  • 任意项: u1+u2+u3+u4+u_{1}+u_{2}+u_{3}+u_{4}+\cdots,并且 unu_n 的正负不知道;
  • 正项级数:u1+u2+u3+u4+|u_{1}|+|u_{2}|+|u_{3}|+|u_{4}|+\cdots ,每项都取绝对值;
    • 这种为绝对值级数;

49.2.2 任意项级数判断方法#

原则:把新问题化成老问题 -> 把一个变号的级数,化成一个正项级数 -> 通项加一个绝对值 -> 这个新的正项级数收敛时,任意项级数也收敛;

定义: #绝对收敛与条件收敛#

描述:

  1. 绝对收敛:如果加了绝对值的 un\sum|u_{n}| 收敛,则称 un\sum u_n 收敛;
  2. 条件收敛:如果 unu_n 是收敛的,un\sum|u_{n}| 是发散的,则称 un\sum u_n 是条件收敛的; 具体情况: (1) 若 n=1=an\sum^{\infty}_{n=1}=|a_n| 收敛,则 n=1=an\sum^{\infty}_{n=1}=a_n 必收敛,此时称 n=1an\sum^{\infty}_{n=1}a_n 绝对收敛 (2) 若 n=1=an\sum^{\infty}_{n=1}=a_n 收敛,n=1=an\sum^{\infty}_{n=1}=|a_n| 发散,则称 n=1an\sum^{\infty}_{n=1}a_n 条件收敛

解释

  • 绝对收敛
    • un\sum|u_{n}| 收敛
    • un\sum u_n 收敛
  • 条件收敛
    • un\sum|u_{n}| 发散
    • un\sum u_n 收敛

举例

  • (1)n11n\sum(-1)^{n-1}\frac{1}{n}:交错调节级数 -> 收敛的;
  • (1)n1n3\sum(-1)^{n}\frac{1}{n^{3}}:是绝对收敛的;

基本结论

    1. 绝对收敛的级数,一定收敛 -> 即:n=1an\sum^{\infty}_{n=1}|a_n| 收敛 -> n=1an\sum^{\infty}_{n=1}a_n 收敛;
    1. 条件收敛的级数的所有正项(或负项)构成的级数,一定发散 -> n=1un 条件收敛 n=1un+un2 和 n=1unun2 发散.\sum_{n=1}^\infty u_n\text{ 条件收敛 }\Rightarrow\sum_{n=1}^\infty\frac{u_n+|u_n|}2\text{ 和 }\sum_{n=1}^\infty\frac{u_n-|u_n|}2\text{ 发散}.
定理: #任意项级数的绝对收敛#

描述:如果每项都加绝对值 n=1+un\sum_{n=1}^{+\infty}|u_{n}| 以后,它是收敛的,则它原来的级数 n=1+un\sum_{n=1}^{+\infty}u_{n} 也是收敛的;

解释

  • 更简单的理解:
    • 全是正数(加绝对值)的情况下都可以收敛,那他原本有正有负的情况下就更应该是收敛的;
定理: #任意项级数发散收敛判断#

描述:如果 n=1+un=u1+u2+u3+\sum_{n=1}^{+\infty}u_{n}=u_{1}+u_{2}+u_{3}+\cdots 是任意项级数,且 limn+un+1un=l\lim_{n\to+\infty}\left|\frac{u_{n+1}}{u_{n}}\right|=l 1)当 ll < 1 时,un\sum u_n 绝对收敛; 2)当 L>1(+)L>1(+\infty) 时,un\sum u_n 发散; 3)当 L =1 时,无法判断;

解释

  • 如果 L>1,则原本的级数就是发散的;

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穆哈麦提
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